개인 맞춤형 신약 개발, 양자컴퓨터가 '해결사'

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수만가지 화합물 조합해낼 수 있어

신약 개발과 양자컴퓨터는 언뜻 어울리지 않는 조합입니다. 그런데 최근 덴마크의 다국적 제약사 노보노디스크가 생명과학 분야에 활용될 수 있는 양자컴퓨터 연구에 2억달러(약 2800억원)를 투자하겠다고 밝혔습니다. 지난해엔 독일 제약사 베링거인겔하임이 양자컴퓨터 연구를 위해 구글과 손을 잡기도 했습니다. 양자컴퓨터는 어떻게 신약 개발에 활용될 수 있는 걸까요.

양자컴퓨터의 최대 강점은 빠른 정보 처리 속도입니다. 기존 디지털 컴퓨터를 압도합니다. IBM에 따르면 현존 최고 성능의 슈퍼컴퓨터가 10억 년 걸리는 문제를 양자컴퓨터는 100초 만에 풀 수 있다고 합니다. ‘양자’의 영문이 ‘퀀텀(quantum)’인데, 획기적인 진일보를 흔히 ‘퀀텀 점프’로 표현하는 이유가 여기에 있습니다.

양자의 정보 처리 속도가 디지털보다 비교할 수 없을 정도로 빠른 이유는 정보 처리 방식의 차이에 있습니다. 디지털은 정보를 ‘0’과 ‘1’로 나눠 ‘비트’라는 단위로 처리합니다. 하지만 양자는 ‘0’과 ‘1’이 ‘큐비트’라는 단위로 함께 처리가 가능합니다. ‘중첩과 얽힘’이라는 양자적 특성 때문에 가능하다고 합니다. 박성수 한국전자통신연구원 양자기술연구단장은 “엄청나게 많은 경우의 수 조합을 양자컴퓨터는 한꺼번에 계산할 수 있다”고 했습니다.

양자컴퓨터의 이런 특성은 신약 개발에 안성맞춤입니다. 신약 개발은 질환과 관련된 유전자, 단백질을 찾아내 이를 없애거나 활성화시킬 수 있는 최적의 물질을 찾는 과정입니다. 이를 위해서는 표적에 정확하게 들어맞는 최적의 구조를 가진 화합물을 찾는 게 핵심입니다. 하지만 수만 가지 화합물 조합을 일일이 실험해보는 건 불가능합니다.

여기에 양자컴퓨터의 빠른 정보 처리 능력이 활용될 수 있는 겁니다. 최적의 화합물 구조를 찾는 데 실패했다고 하더라도 또 다른 구조를 찾는 데 걸리는 시간과 비용이 획기적으로 줄어드는 것이죠. 신약 개발 기간 단축은 글로벌 제약사들이 가장 원하는 목표입니다. 신약 개발 업계에서 시간은 곧 돈이기 때문입니다.

노보노디스크는 생명과학 특화 양자컴퓨터 개발 프로젝트 기간을 12년으로 잡았습니다. 첫 7년간은 하드웨어 개발에 집중하고 나머지 기간에는 산업에서 활용할 수 있을 정도로 플랫폼 사이즈를 키울 계획입니다. 이 회사는 특히 양자컴퓨터 기술이 곧 도래할 개인 맞춤형 의료의 핵심 도구가 될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 거대한 유전체 데이터 분석과 100조 개 넘게 있는 것으로 알려진 마이크로바이옴(미생물)의 상호작용 연구를 통해서 말입니다.

한재영 기자 jyhan@hankyung.com